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RFID远距离读写天线是如何设计出来的

1 小序

射频识别RFID(Radio Frequency Identification)是一种使用射频通信实现的非打仗式自动识别技巧。它使用射频旌旗灯号的空间耦合通报非打仗信息,并经由过程所通报的信息识别工具。RFID办理无源(卡中无电源)和免打仗两大年夜难题,实现运动目标识别、多目标识别,其凸起优点是情况适应性强,能够穿透非金属材质,数据存储量大年夜,抗滋扰能力强。今朝的读写器远远不能满意利用要求,是以,必要一款远间隔读写器共同远间隔天线,实现远间隔水平或垂直偏向的读写要求。这里给出一种远间隔RFID读写天线的设计规划,采纳射频标签专用读写器RI-R6C-001A,该器件要求天线阻抗为50 Ω,频率为13.56 MHz,是以采纳_亡艺简单、低资源的PCB环形天线。

2 RFID读写天线的设计

2.1 RFID读写天线事情道理

天线是发射和接管射频载波旌旗灯号的设备。在事情频率和带宽确定的前提下,天线发射射频处置惩罚模块孕育发生的射频载波,并接管从标签发射或反射的射频载波,其感化是孕育发生磁通量,为标签(无源)供给电源,并在读写器和标签之间通报信息。天线机能的好坏对系统整体机能起着异常关键的感化。RFID天线的读写间隔取决于诸多身分:天线的尺寸、偏向性、天线的位置、所处频段的电气特点及周围情况等。

2.2 RFID读写天线各机能参数

2.2.1 电子标签的偏向性

因为无源电子标签是经由过程与读写器天线磁场耦合来得到能量,以是标签的偏向性直接影响耦合系数,近而影响能量的获取和通信的靠得住性。当标签的偏向性和读写器天线处于最佳耦应时,磁力线与电子标签成直角。电子标签能够得到最好的读写效果。然则,若将电子标签移动到天线的两侧,这时标签的放置位置和磁力线偏向平行。此时偏向性最差,读写效果也最差。图1为天线的磁力线散播模拟图。

2.2.2 天线盲区

因为环形天线的电磁场在其临近区域散播不平均,是以会呈现读写盲区。如图2中黑线勾勒出的范围之外区域一样平常为单个天线的读写盲区。经反复实验证实将电子标签摆放位置转到与最佳位置成40°角区域时,一样平常可正常读写操作。

2.2.3 天线品德因数Q

对付电感耦合式射频识别系统的天线。在其尺寸不变的环境下,Q值越大年夜意味着天线线圈中的电流强度越大年夜,输出功率越强,读写间隔就越远。品德因数Q的谋略公式为:

式中,f0是事情频率(13.56 MHz),L是天线的等效电感,R是天线的等效并联电阻。经由过程p很轻易谋略出天线带宽B:

由式(2)可看出,天线的传输带宽B与品德因数Q成反比。是以,过高的品德因数将导致带宽缩小,低落读写器的调制边带旌旗灯号幅度,导致读写器无法与标签通信。天线Q值与3 dB带宽的关系曲线如图3所示。由图3可看出:环形天线与50 Ω的负载相连时,其Q值最好不跨越30。为了优化天线的机能。读写器匹配电路的驻波比应小于1:1.2。

天线设计完成后,应用矢量收集阐发仪丈量天线品德因数及带宽。若带宽不相符要求,可加并联电阻调剂。

设天线的谐振电阻为Rpor,抱负品德因数为Qreqtuired,则:

假设使用频谱阐发仪实测的天线品德因数为Qreqtuired,则响应天线的阻抗为:

终极天线必要并联电阻R:

该设计按以上步骤设计天线品德因数,其Qrequired=30。

2.2.4 天线尺寸

一样平常环境下。读写器识别间隔与读写器的天线装配及磁场强度有关,天线越大年夜,输出功率越大年夜,读写间隔就越远。但跟着天线尺寸增大年夜,也呈现了其他问题:信噪比下降;为相符国内外的电磁兼容标准要求,可能必要实施电磁樊篱步伐;读写器天线的磁场回旋盲区将会扩大,在磁场盲区电子标签无法作出相应:电子标签的天线与读写器的天线之间匹配问题更难办理。假如电感太大年夜,以致可能无法办理。天线的最大年夜几何尺寸同事情波长之间有一个边界,一样平常定义为:

式中,L是天线的最大年夜尺寸,λ是事情波长。

对付13.6 MHz的射频识别系统来说,天线的最大年夜尺寸应选用50 cm阁下。采纳尺寸大年夜小为50 cm×50

cm的单一天线读写器,当辐射功率达0.8 W时,可实现50 cm的有效读写间隔。若采纳双天线,则可实现跨越1 m的有效读写间隔。

2.2.5 匹配收集

本文钻研的RFID读写器频率为13.56 MHz,为有效抑制功率反射、寄生辐射等高频效应,平日是将读写器天线经由过程同轴电缆连接到读写器的高频模块,同轴电缆阻抗为50 Ω。是以,天线的阻抗匹配便是经由过程必然的无源匹配电路来改变读写器天线的输入阻抗,使其与同轴电缆的阻抗维持同等,这样就可使能量经由过程同轴电缆险些无丧掉的从读写器传送出去。图4为采纳50 Ω技巧的电感耦合式射频识别系统电路。

3 结论

RFID读写器要实现远间隔读写功能关键在于天线的设计,经由过程钻研RFID天线事情道理及其机能参数,提出一种有效的天线设计优化规划,从而使读写用具有更远的读写间隔和更高的能量使用率。经实验证实:RFID读写器配上优化后的远间隔射频天线可使读写间隔达到30 cm。

责任编辑:ct

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